底质改良及固定化微生物技术对对虾养殖环境的调控

摘要

伴随着对虾产业的高速发展，对虾养殖产业现代化、工厂化和集约化程度的大幅度提高，对虾养殖业给周边环境带来的污染问题日益引起人们的关注，减轻对虾养殖业对周边环境的污染是对虾养殖业面临的亟待解决的问题之一。在水产养殖过程中，对养殖环境做出合理调控，减少养殖用水的使用量，建立零换水系统成为减少对虾养殖业对周边环境污染的有效途径之一。目前，很多研究集中在对养殖环境水质的处理上，对通过改良对虾养殖环境底质，从而使整个养殖环境得到优化的研究较少。有益菌（如芽孢杆菌、光合细菌等）在调控养殖环境水质方面效果明显，但是人们对其调控水质的作用机理研究较少。近些年来，由于固定化微生物技术所具有的优点，人们已经开始使用固定化微生物技术对养殖环境和养殖废水进行处理。但是，由于养殖环境的特殊性，固定化微生物技术在水产养殖中的应用需要更高要求。因此，针对以上几点，本文设计如下实验内容。
　　本论文的主要研究内容如下：1.利用两种农业废弃物（甘蔗渣和牡蛎壳粉）作为对虾养殖环境中的底质，研究底质改良对零换水条件下对虾养殖环境的影响，所测指标包括：水质因子（氨态氮、亚硝态氮、叶绿素 a）、底质和水体中的细菌密度（总菌密度和氮循环菌密度）、浮游动物密度和对虾生长指标等；2.研究了一株溶藻弧菌（Z5）作为有益菌在不同 C:N条件下对不同种类氮源的利用；3溶藻弧菌(Z5)固定化小球对养殖环境中的氨态氮和亚硝态氮去除效果。作者期望通过以上研究能够对零换水条件下对虾系统中的人工底质的构建、溶藻弧菌作为有益菌对水质的调控作用以及调控的作用机理和固定化微生物技术对养殖环境因子（氨态氮和亚硝态氮）的改良等研究提供参考，为减少养殖废水排放，减轻对虾养殖业对周边环境的污染做出贡献。本论文实验设计及主要研究结果如下
　　1.底质改良对零换水条件下凡纳滨对虾养殖环境的影响
　　牡蛎壳粉（OP），甘蔗渣(BA)，牡蛎壳粉与甘蔗渣混合（OS），以及底泥（FS）作为底质，比较它们在零换水条件下对凡纳滨对虾高密度养殖环境的影响。测定的指标包括水质指标，底质及水体中的总菌量及氮循环菌量，浮游动物密度和对虾生长指标等。研究结果表明：在养殖后期，BA组中的TAN浓度低于0.36 mg/L，显著低于其他各组中的TAN浓度（P<0.05）。OS组中的NO2-N浓度低于0.50 mg/L，显著低于其它各组中的NO2-N浓度（P<0.05）。以上结果可能与其相对应组中高密度的亚硝化细菌和硝化细菌有关。新的底质促进了养殖环境中细菌的生长，OP、BA和OS组底质中的细菌密度比FS组中底质中的细菌密度多出一个数量级。甘蔗渣的添加对水体中浮游动物的密度有显著影响，甘蔗渣添加组（BA组和OS组）中浮游动物密度显著高于没有甘蔗渣添加组（FS组和OP组）中的浮游动物密度（P<0.05）。综合指标显示，BA和OS这两种材料的加入有效的改善了养殖环境中的水质，提高了对虾的产量并且降低了对虾的饵料系数。新的底质，尤其是甘蔗渣（BA）和甘蔗渣与壳粉混合（OS）能够有效的改善零换水条件下凡纳滨对虾高密度的养殖环境。
　　2.甘蔗渣不同添加量对对虾养殖环境的影响
　　向凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）养殖环境中添加不同量的甘蔗渣（0.5 kg/m2、1 kg/m2、1.5 kg/m2和2 kg/m2，BA)与牡蛎壳粉（5 kg/m2，OP）作为底质，通过对养殖水体中的水质指标、水体及底质中的总菌、氮循环菌、浮游动物（>160μm）数量变动以及对虾生长指标的检测，评估甘蔗渣不同添加量对养殖环境和养殖动物的影响，处理组分别为BA0.5、BA1、BA1.5和BA2。研究发现，甘蔗渣不同添加量对养殖环境中水质及细菌密度的有一定的影响，投放甘蔗渣促进了浮游动物数量的增长，但投放甘蔗渣的处理组之间浮游动物数量差异不显著。水体中悬浮的甘蔗颗粒在提高养殖环境中的营养元素利用率上有着重大的贡献。但是，过量投放甘蔗渣会对养殖环境造成压力，甘蔗渣的适宜添加量为0.5-1 kg/m2。
　　3.不同C:N条件下一株溶藻弧菌对不同种类氮源的吸收特性
　　在不同C:N（5、10、15、20）条件下研究了一株溶藻弧菌（Z5）作为有益菌对单一氮源（有机氮源、NH4-N、NO2-N）及混合氮源（有机氮源与NH4-N、有机氮源与 NO2-N、NH4-N与 NO2-N）的吸收利用特性及蛋白酶、谷氨酰胺合成酶(GS)和亚硝酸还原酶（NiR）等3种氮代谢相关酶的活力响应。研究结果表明：溶藻弧菌（Z5）对有机氮与无机氮的吸收均受到环境中碳含量的影响，在C:N20时，NH4-N和NO2-N的吸收率分别是C:N5时吸收率的3.39倍和2.25倍。在C:N15和C:N20的水平下，溶藻弧菌（Z5）对NH4-N和NO2-N的吸收没有显著性差异（P>0.05）。溶藻弧菌（Z5）吸收利用NH4-N和NO2-N途径分别为 NH4-N→细菌菌体蛋白和 NO2-N→NH4-N→细菌菌体蛋白。在高 C:N条件下，溶藻弧菌（Z5）对无机氮源（NH4-N和 NO2-N）的吸收增强，细菌菌体蛋白中来自NH4-N和NO2-N的量分别由C:N5时的25.0％和19.4%上升到C:N20时的41.3%和43.0%。与NO2-N相比，溶藻弧菌（Z5）优先吸收利用NH4-N。GS酶活力受NH4-N调控明显，相比之下，蛋白酶和NiR酶受氮源种类调控不明显。
　　4.溶藻弧菌（Z5）固定化小球对养殖环境中NH4-N和NO2-N的去除效果
　　应用固定化微生物技术，以海藻酸钠为包埋材料，包埋甘蔗渣和溶藻弧菌（Z5）后形成固定化小球（SA-小球），研究了 SA-小球对包埋细菌的影响、对NO2-N的降解能力和额外碳源添加对SA-小球降解能力的影响以及SA-小球对对虾养殖环境中TAN和NO2-N的去除效果。研究结果表明：SA-小球的最适的初始包埋菌量在104 cfu/球-105 cfu/球，最大载菌量可达到1.06×108 cfu/球。平均每个SA-小球对NO2-N的降解总量可达到0.06mg。额外碳源的添加能够增强SA-小球对NH4-N和NO2-N的降解。通过50天的对虾养殖实验发现，SA-小球能够有效的去除养殖水体中TAN和NO2-N，利用SA-小球降解水体中的TAN和NO2-N的效果和使用换水的方法达到的效果相同。此外，使用SA-小球处理养殖水体，减少了养殖过程中的换水量，并且对虾的产量也可以达到换水养殖对虾产量的70%。在养殖后期，尽管SA-小球部分分解，但是其内包含的甘蔗渣附着有大量的细菌，能够继续起到调控水质的作用。

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引言

第一章 研究综述

1 我国对虾养殖现状

2养殖环境调控

3 有益菌在水产养殖中的应用

4 固定化微生物技术在水产养殖中的应用

5 本文研究思路与目的

第二章 底质改良对零换水条件下凡纳滨对虾养殖环境的影响

前言

1 方法和材料

2 实验结果

3 讨论

4 小结

第三章 甘蔗渣不同添加量对对虾养殖环境的影响

前言

1材料和方法

2 实验结果

3 讨论

4小结

第四章 不同C:N条件下一株有益菌对不同种类氮源的吸收特性

前言

1 材料与方法

2实验结果

3 讨论

4 小结

第五章 固定化小球对NH4-N和NO2-N去除效果的研究

前言

1 材料与方法

2 实验结果

3 讨论

4 小结

总结

参考文献

致谢

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